Nghiên cứu chế tạo trạm thu di động tín hiệu vệ tinh ứng dụng trên tàu biển ở Việt Nam

VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 1-21 
1 
Review Article 
Research and Development of Mobile Marine Satellite 
Antenna System in Vietnam 
Ho Anh Tam1,*, Do Thi Huong Giang1, Dang Van Muoi2, Nguyen Dinh Van2, 
Nguyen Viet Hung1, Nguyen Huu Duc1 
 1Key Laboratory for Micro – Nano Technology, VNU University of Engineering and Technology, 
E3 Building, 144 Xuan Thuy, Cau Giay, Hanoi, Vietnam 
 2National Center for Technological Progress, Ministry of Science and Technology, C6 Thanh Xuan Bac, 
Hanoi, Vietnam. 
Received 22 May 2019 
Revised 08 June 2019; Accepted 10 June 2019 
Abstract: A second version of the mobile marine satellite communication signal receiver station 
has been designed, manufactured, assembled and tested using domestically engineered mechanical 
modules, commercial and low-cost integrated sensors, motors and drivers. The operating mechanical 
components have been developed in the form of independently operating modules with handling 
ease and high sensitivity at a “clearance” in the order of 10µm. The sensors are of high and firm 
integration and good noise compensation facilities. The appropriately developed automatic control 
algorithms and software allow efficient and safe searching and following the broadcasting satellite 
of the antenna device installed on a marine transport boat. Compared to the previous version, this 
new development has more optimal dimensions, is easier and more flexible to start up and operate 
with operating parameters of pitch: 15-80 (±0.5), yaw: of 0-360 (±0.25), and polarization angle 
of 0-360 (±0.5). The antenna turn rates are of ~12/s and 12/s2. All the components of the 
complete system are water- and weather proof and packaged to ensure safe operation in marine 
conditions. Running tests have been successfully taken in real sunny weather conditions on a sea 
boat speeding at 30 km/h with a wind velocity up to 19 km/h. The article concludes that domestically 
engineered, the device is more financially efficient than imported counterpart equipments as well as 
promising in terms of technology transfer to mass production by domestic businesses. 
Keywords: Satellite receiver antenna, marine satellite antenna, antenna angle controller, sensors.
*
________ 
* Corresponding author. 
 E-mail address: hoanhtam@vnu.edu.vn 
 https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4903 
VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 1-21 
 2 
Nghiên cứu chế tạo trạm thu di động tín hiệu vệ tinh 
ứng dụng trên tàu biển ở Việt Nam 
Hồ Anh Tâm1,*, Đỗ Thị Hương Giang1, Đặng Văn Mười2, Nguyễn Đình Văn2, 
Nguyễn Việt Hùng1, Nguyễn Hữu Đức1 
1PTN trọng điểm Công nghệ Micro-nano, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 
 144 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam 
2Viện Ứng dụng Công nghệ, Bộ Khoa học và Công nghệ, C6 Thanh Xuân Bắc, Hà Nội, Việt Nam 
Nhận ngày 22 tháng 5 năm 2019 
Chỉnh sửa ngày 08 tháng 6 năm 2019; Chấp nhận đăng ngày 10 tháng 6 năm 2019 
Tóm tắt: Hệ thống trạm thu di động thông tin vệ tinh thế hệ thứ hai của Việt Nam đã được nhóm 
nghiên cứu phát triển thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh hướng tới thương mại hóa sản phẩm 
đáp ứng nhu cầu trong nước sử dụng các mô-đun cơ khí chế tạo trong nước và các cảm biến tích 
hợp, mô tơ, driver thương mại giá thành thấp. Các cơ cấu chấp hành được thiết kế và gia công cơ 
khí với độ chính xác cao (~ 10 m) thành từng khối độc lập dễ tháo lắp. Các cảm biến có độ nhạy 
và độ chính xác cao, thời gian đáp ứng nhanh, khả năng bù trừ nhiễu tốt. Các thuật toán và phần 
mềm điều khiển đã được xây dựng một cách hợp lý và sáng tạo đáp ứng yêu cầu dò tìm và bám vệ 
tinh của chảo ăng-ten trên tàu biển. So với thế hệ thứ nhất, trạm thu thế hệ mới có kích thước nhỏ 
gọn, khởi động linh hoạt và dễ sử dụng. Phạm vi hoạt động góc ngẩng: 15-80 (±0,5), góc phương 
vị: 0-360 (±0,25), góc phân cực 0-360 (±0,5). Ăng-ten đáp ứng với tốc độ quay góc lên tới 12/s 
và gia tốc góc lên tới 12/s2. Toàn bộ hệ thống bao gồm mạch điện tử, linh kiện được đóng gói theo 
mẫu mã kiểu dáng công nghiệp và đảm bảo an toàn cho hệ thống hoạt động trong điều kiện môi 
trường biển. Hệ thống đã được kiểm định chạy thử nhiều ngày trên biển khi lắp đặt trên tầu biển 
chạy với tốc độ nhỏ 30 km/h trong điều kiện thời tiết bình thường, gió cấp 3. Đây là một thiết bị 
được sản xuất và lắp ráp hoàn toàn trong nước với giá thành chỉ bằng 10-20% so với thiết bị nhập 
khẩu được chào bán tại Việt Nam hiện nay, hứa hẹn nhiều tiềm năng khai thác thương mại hóa sản 
phẩm, hợp tác chuyển giao công nghệ sản xuất cho các cơ sở doanh nghiệp trong nước. 
Từ khóa: Trạm thu vệ tinh, ăng-ten vệ tinh, ăng-ten tàu biển, cảm biến, điều khiển góc. 
1. Mở đầu 
Hệ thống thông tin vệ tinh hiện nay đã phát 
triển rất mạnh, phủ sóng nhiều lĩnh vực (internet, 
________ 
 Tác giả liên hệ. 
 Địa chỉ email: hoanhtam@vnu.edu.vn 
 https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4903 
tivi, điện thoại, ). Với nhiều ưu điểm nổi bật 
như cự ly liên lạc lớn, có khả năng phủ sóng và 
kết nối ở khắp mọi nơi trên mặt đất, đặc biệt hữu 
ích cho những nơi mà các công nghệ khác không 
H.A. Tam et al. / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 1-21 
3 
thể thực hiện được như ngoài biển, liên lạc điểm 
đến đa điểm trên phạm vi rộng cũng như phạm 
vi toàn cầu,  nên thông tin vệ tinh đã phát triển 
nhanh chóng trong 3 thập niên qua. Nước ta có 
đặc thù địa hình là có bờ biển dài chạy dọc đất 
nước khoảng 12 nghìn km với số lượng lớn các 
tầu đánh bắt cá 130.000 trong đó chỉ có khoảng 
10% được trang bị các phương tiện thông tin liên 
lạc.Với các phương pháp liên lạc truyền thống 
như sóng vô tuyến thì có hạn chế là khoảng cách 
ngắn nên khi các tầu đánh bắt xa bờ khó khăn rất 
nhiều với việc giữ liên lạc với đất liền để kịp thời 
có các cảnh báo về thời tiết và đặc biệt trong bối 
cảnh hiện nay diễn biến phức tạp trên biển Đông. 
Chính vì vậy việc nghiên cứu và chế tạo thiết bị 
trạm thu tín hiệu vệ tinh trang bị cho tàu biển là 
cấp thiết hiện nay. Trong khi các trạm thu vệ tinh 
cố định đã phát triển khá ổn định (chủ yếu chỉ 
liên quan đến vấn đề thu, phát và xử lý tín hiệu 
siêu cao tần), việc thu thông tin vệ tinh trên các 
trạm di động cần giải quyết nhiều vấn đề phức 
tạp hơn, nhưng cũng đã được áp dụng rất nhiều 
ở trên thế giới [1-7]. 
Với các trạm thu vệ tinh được gắn trên các 
phương tiện di động ngoài khơi như tầu, thuyền 
thì hướng của Ăng-ten so với vệ tinh luôn thay 
đổi với tốc độ thay đổi phụ thuộc vào tốc độ di 
chuyển của các phương tiện và phụ thuộc vào 
điều kiện thời tiết (sóng biển, gió) [5]. Chính vì 
vậy, bài toán cần phải giải quyết ở đây là trạm 
thu mặt đất cần có hệ thống điều khiển để định 
hướng cho Ăng-ten luôn bám đuổi vệ tinh theo 
thời gian thực bao gồm: (i) cảm biến đo góc độ 
chính xác cao xác định góc lệch của ăng-ten 
trong quá trình chuyển động của phương tiện; (ii) 
cơ cấu điện tử tự động điều khiển nhanh, chính 
xác, đáp ứng thời gian thực và (iii) cơ cấu cơ khí 
chấp hành được thiết kế và gia công với độ chính 
xác cao để ổn định và duy trì định hướng của 
ăng-ten theo hướng vệ tinh nhằm đảm bảo tín 
hiệu được duy trì liên tục và thông suốt. Bên 
cạnh việc phải dò bám vệ tinh do phương tiện 
mang ăng-ten di chuyển, cần phải quan tâm ứng 
xử của hệ thống với các thành phần dịch chuyển 
của tàu. Các nghiên cứu về vấn đề thu thông tin 
vệ tinh của các trạm di động trên biển đang được 
nghiên cứu rất có tính thời sự (ví dụ, xem [1-2]). 
Do đó, việc nghiên cứu, làm chủ công nghệ lõi, 
sản xuất hệ thống trạm thu thông tin vệ tinh di 
động thực sự rất cấp bách [7]. 
Với sự phát triển của công nghệ các mảng 
ăng-ten mạch dải (microstrip antenna arrays), 
tín hiệu ăng-ten trên các phương tiện di chuyển 
với tốc độ đến 350 km/h đã có thể xử lý dễ dàng 
[8-9]. Mặc dù giải pháp này có thể đơn giản giản 
hoá một số khâu về điều khiển, nhưng các ứng 
dụng phổ biến hiện nay trên tàu thuỷ vẫn chủ yếu 
sử dụng ăng-ten chảo. Trên thế giới đã có một số 
hãng thương mại hóa thành công các thiết bị cho 
phép thu tín hiệu vệ tinh trên tàu biển như các 
hãng Digisat [10], Paradigm Communication 
Systems Ltd. [11] and Intelliantech [12]. 
Ở Việt Nam, trong khuôn khổ Chương trình 
KH&CN quốc gia về Công nghệ vũ trụ giai đoạn 
2013-2015, Trường ĐH Công nghệ, ĐHQGHN 
đã triển khai thực hiện đề tài “Thiết kế và chế tạo 
trạm thu di động thông tin vệ tinh dựa trên sensơ 
từ trường độ nhạy cao ứng dụng trên tàu biển” 
[13]. Thế hệ ăng-ten vệ tinh tàu biển thứ nhất ấy 
đã được thử nghiệm thu được tín hiệu truyền 
hình K+ trên tàu du lịch tại vùng biển Cát Bà với 
tốc độ tàu là 30 km/h và điều kiện thời tiết bình 
thường (gió cấp 3). Tuy nhiên các nghiên cứu 
trên sản phẩm này chủ yếu tập trung vào nguyên 
lý hoạt động, do vậy để hoàn thiện sản phẩm cho 
mục đích thương mại hóa thì hệ thống cần phải 
tiếp tục nghiên cứu phát triển cải tiến và hoàn 
thiện thêm do vẫn còn một số hạn chế cần phải 
khắc phục như sử dụng chảo ăng-ten bất đối 
xứng, các mô-tơ, driver cồng kềnh, chưa có 
phương án bù trôi và sai số cảm biến, đặc biệt 
nhiễu từ trường do tàu gây ra, chưa tích hợp chế 
độ tự động dò tìm vệ tinh dựa vào đo cường độ 
sóng, chưa tích hợp cơ cấu điều khiển góc quay 
phân cực, thiết kế cơ khí còn chưa tối ưu, thiết bị 
kồng kềnh khó khăn cho việc vận chuyển và lắp 
đặt lên tàu biển. 
Báo cáo này trình bày tổng quan các giải 
pháp bao gồm tối ưu cấu hình, linh kiện điện tử 
tích hợp và các giải pháp thiết kế, gia công và lắp 
ráp các khối cơ khí; các công nghệ điều khiển áp 
dụng cho trạm thu thông tin vệ tinh thê hệ thứ hai 
của Việt Nam do nhóm nghiên cứu thực hiện đề 
tài cấp ĐHQGHN mã số QG.16.89 phát triển. 
Thiết bị đã được thử nghiệm thành công, có khả 
năng phát triển thương mại hóa.
H.A. Tam et al. / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 1-21 
4 
Hình 1. Sơ đồ xác định vị trí của chảo thu ăng ten vệ tinh (a) [11] và hình minh họa chuyển động của tàu biển (b). 
2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống 
Khi trạm thu tín hiệu vệ tinh hoạt động trên 
biển, bộ phận điều khiển chuyển động sẽ làm 
nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu đầu vào là thông tin 
về độ lệch các góc đã qua xử lý đo được từ hệ 
thống cảm biến bao gồm góc phương vị (yaw), 
góc ngẩng  (pitch), góc cuộn  (roll) và góc 
phân cực (polarization) gây ra do chuyển động 
của tầu (xem hình 1) gửi đến mạch vi điều khiển 
trung tâm để điều khiển hệ thống truyền động và 
chấp hành các góc quay của chảo ăng-ten . Sơ đồ 
nguyên lý hoạt động của hệ thống vi mạch điều 
khiển động cơ theo tín hiệu đầu vào từ hệ thống 
cảm biến đo các sai lệch góc phương vị ( ), góc 
ngẩng ( β), góc cuộn ( ) và góc phân cực ( ) 
gắn trên chảo ăng-ten được được đưa ra trên hình 
Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống vi mạch điều khiển động cơ theo tín hiệu đầu vào 
từ hệ thống cảm biến đo góc gắn trên chảo ăng ten [13]. 
H.A. Tam et al. / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 1-21 
5 
Hình 3. Sơ đồ chức năng hệ thống tự động tìm kiếm và bám sát các góc xác định vị trí chảo ăng-ten bám hướng vệ tinh 
và góc phân cực được thiết kế cho hệ thống trạm thu thông tin vệ tinh di động [7, 11]. 
Để đảm bảo duy trì thông tin liên lạc được 
thông suốt thì yêu cầu các cảm biến đo góc và hệ 
cơ khí truyền động, chấp hành được sử dụng 
trong hệ thống phải có độ chính xác cao và thời 
gian đáp ứng nhanh với tốc độ di chuyển theo 
các trục của phương tiện. Để xác định chính xác 
góc định hướng của ăng-ten thì bên cạnh các cảm 
biến đo góc tích hợp bao gồm con quay hồi 
chuyển, cảm biến đo độ nghiêng, la bàn từ để xác 
định phương vị Bắc, hệ thống cần sử dụng thêm 
các Encoder phản hồi đáp ứng được độ phân giải 
10-1 độ để kiểm soát góc quay thực của các cơ 
cấu điều khiển. 
3. Xác định cấu hình, linh kiện 
Yêu cầu đầu tiên để chế tạo các sản phẩm có 
thể thương mại hóa được đó là các cấu kiện để 
chế tạo ra sản phẩm đó phải vừa đảm bảo yếu tố 
kỹ thuật, vừa phải đảm bảo yếu tố về giá thành. 
Dưới đây là một số kết quả cập nhật của đề tài 
nghiên cứu. 
3.1. Chảo ăng-ten và kim thu LNB 
Hiện tại các hãng khai thác truyền hình vệ 
tinh tại Việt Nam sử dụng băng tần Ku (12-
18GHz) thông qua vệ tinh VINASAT 2. Việc thu 
truyền hình vệ tinh được thực hiện thông qua 
việc sử dụng một chảo ăng-tendạng parabol để 
hội tụ tín hiệu vào bộ kim thu LNB (Low-Noise-
Block downconverter) (hình 4). Tín hiệu sau khi 
được xử lý tại LNB sẽ được chuyển tới đầu thu 
giải mã (Receiver) bằng cáp đồng trục 75 Ω. Đó 
là các chảo bất đối xứng. Ưu điểm của loại chảo 
này là lòng chảo nông, đồng nghĩa với tiêu cự hội 
tụ dài, nên việc hội tụ tín hiệu vào LNB là khá dễ 
dàng, thậm chí nhiều LNB có thể tích hợp vào để 
sử dụng trên cùng một chảo, giúp cho việc lắp 
đặt tại các hộ dân thuận lợi hơn. Tuy nhiên, với 
loại chảo này do không có ống dẫn sóng nên vị 
H.A. Tam et al. / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 1-21 
6 
trí đặt đầu thu LNB tại tiêu điểm của chảo và vị 
trí này khá xa mặt chảo, nên hầu hết loại chảo 
này chỉ phù hợp với việc lắp đặt cố định. Trong 
trường hợp trạm thu di động, bán kính quét của 
hệ chảo này là rất lớn, khiến cho thiết bị trở nên 
cồng kềnh, phát sinh rất nhiều về chi phí cũng 
như khó khăn trong lắp đặt vận hành cũng như 
gia tăng mô-men cho các cơ cấu điều khiển và 
các động cơ. Mặt khác, do tiêu cự dài nên cường 
độ tín hiệu thu được tại vị trí đặt LNB của loại 
chảo bất đối xứng này là không cao. Khi tín hiệu 
bị suy hao do yếu tố thời tiết (mây dày hoặc mưa 
lớn) thì cường độ tín hiệu không đủ để duy trì sự 
ổn định liên tục. Các nhược điểm nêu trên đã 
được khắc phục bằng việc sử dụng chảo ăng-ten 
đối xứng có tiêu điểm nằm gần mặt chảo cùng 
với sự kết hợp ống dẫn sóng giúp cho việc bố trí 
đầu thu LNB chỉ cần nằm trên trục của ống dẫn 
sóng và nhờ đó thu gọn kích thước hệ thống, 
đồng thời nâng cao cường độ tín hiệu thu được 
(Hình 4a). 
Hình 4. Chảo ăng-ten đối xứng (a) và nguyên lý dẫn sóng tín hiệu thu từ vệ tinh vào đầu thu LNB (b). 
Trong mẫu thiết kế, chảo parabol được có 
đường kính 61cm, với hai mặt phản xạ tín hiệu. 
Khi quay chảo về đúng hướng vệ tinh, tín hiệu 
được phản xạ lần đầu trên mặt chảo và hội tụ tại 
tiêu điểm của chảo. Tại đây, tín hiệu được phản 
xạlần thứ 2 để đi vào ống dẫn sóng và gặp đầu 
thu LNB được bố trí ở sau mặt chảo nằm trên 
trục của ống dẫn (Hình 4b). Với cách bố trí này, 
ngoài các ưu điểm như thu gọn kích thước của 
hệ thống và tăng cường cường độ sóng, độ hội tụ 
tín hiệu, việc bố trí cơ cấu quay góc phân cực 
(tức là quay kim thu LNB) cũng được thực hiện 
dễ dàng hơn. 
LNB dùng cho dải tần Ku có rất nhiều loại 
như: ... ng nghĩa với giá 
thành rất lớn, có thể chiếm tới 30-50% chi phí 
sản xuất của cả thiết bị. Mặt khác, để xác định 
điểm làm việc ban đầu cho chảo ăng-ten, tàu biển 
cần được neo đậu tĩnh để tiến hành dò tìm vệ 
tinh, sau đó lưu lại trạng thái trả về của các cảm 
biến và bám theo các thông số đó; yêu cầu người 
sử dụng chảo phải có kiến thức và kỹ năng 
chuyên môn. Hơn thế nữa, trong trường hợp đã 
lưu lại các tham số để dò tìm được vệ tinh, thì 
việc phát sinh sai số của cảm biến sau một quá 
trình sử dụng sẽ dẫn tới việc bám góc bị sai và 
không thể duy trì trạng thái tín hiệu liên tục. 
Giải pháp cho các vấn đề trên sẽ được sử 
dụng trên trạm thu di động phiên bản mới này 
nhờ tích hợp thêm với mô-đun đo cường độ tín 
hiệu vệ tinh để trả về cho hệ thống điều khiển đa 
điểm trung tâm MCU (multi control unit). Mô-
đun này hoạt động như một “cảm biến cường độ 
tín hiệu” (signal strength sensor) kết hợp với hệ 
thống cảm biến tích hợp đo vị trí 3 góc của chảo 
ăng-ten là Roll, Pitch, Yaw và góc phân cực 
trong quá trình hoạt động. Tổ hợp các tín hiệu 
này sẽ được sử dụng làm tín hiệu đầu vào để điều 
khiển cơ cấu chấp hành của chảo ăng-ten. Sơ đồ 
chức năng và cấu trúc mạch điều khiển được đưa 
ra trên Hình 15. Với giải pháp này, các vấn đề 
gặp phải về sai số của cảm biến sẽ được phát hiện 
và bù trừ nhờ tích hợp khối đo cường độ này. 
Nhờ đó, cho phép hệ thống sử dụng được các 
cảm biến thương mại với chi phí thấp hơn và đặc 
biệt do chế độ tự động dò cường độ này mà qui 
trình khởi động vận hành hệ thống đơn giản và 
cho chất lượng tín hiệu thu được tốt hơn.
Hình 15. Sơ đồ chức năng và cấu trúc mạch điều khiển trung tâm. 
H.A. Tam et al. / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 1-21 
16 
Hình 16 miêu tả cơ bản thuật toán được sử 
dụng trong điều khiển và vận hành hệ chảo thu 
tín hiệu vệ tinh gồm 2 vòng lặp. Khi khởi động 
hệ thống, thông số được nạp vào cho vị trí bám 
hướng của chảo ăng-teng là vị trí tham chiếu ( , 
 , ) hay được hiểu là vị trí mà ở đó chảo thu 
hướng chính xác đến vị trí của vệ tinh. Khi đó, 
về mặt lý thuyết, cường độ tín hiệu mà chảo ăng-
ten thu được sẽ là cực đại. Các vị trí góc này 
được xác định bởi các cảm biến của IMU và 
thông qua thuật toán PID để điều khiển hệ chảo 
bám hướng theo tọa độ vệ tinh được nạp vào ban 
đầu này. Trong trường hợp khi chảo ăng-ten đã 
được định hướng theo các tham số tham chiếu 
đầu vào nhưng cường độ tín hiệu không đạt giá 
trị cho phép được xác định bởi công thức I<Io với 
Io = 0.9 Imax thường xảy ra khi hệ thống cảm biến 
IMU mắc phải sai số số dẫn đến đến giá trị đo 
lường vị trí của ăng-ten không chính xác, khi đó, 
hệ thống sẽ thực hiện thuật toán kiểm tra cường 
độ tín hiệu để dò tìm vị trí vệ tinh và chuẩn hóa, 
đưa thông số tham chiếu về vị trí chuẩn nhất.
Hình 16. Sơ đồ thuật toán điều khiển chảo ăng-ten. 
H.A. Tam et al. / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 1-21 
17 
5.1. Thuật toán dò tìm vệ tinh dựa trên tự động 
dò cường độ tín hiệu 
Sau khi hệ đầu thu được cấp nguồn điện, dựa 
vào vị trí đã được lưu từ lần hoạt động trước 
mạch điều khiển sẽ điều khiển các động cơ để 
đưa hệ về đúng với góc chính xác thu được tín 
hiệu tốt nhất ở phiên hoạt động trước. Tiếp theo 
đó cảm biến đo cường độ sẽ tiến hành đo để kiểm 
tra mức độ tín hiệu hiện tại sau khi khởi động. 
Cảm biến cường độ sẽ liên tục ghi lại những thay 
đổi về cường độ của tín hiệu thu được trong khi 
hệ sẽ được mạch điều khiển để thăm dò các vị trị 
gần với vị trí tọa độ gốc ban đầu. Hai góc được 
điều khiển trong vòng lặp dò tìm vệ tinh là góc 
phương vị và góc ngẩng được quét đồng thời với 
dải quay góc ngẩng = –6  6°, dải quay góc 
phương vị  = –8  8° tốc độ 2 °/giây. Mạch 
điều khiển hệ vừa tạo dao động vừa ghi lại cường 
độ tín hiệu và được điều khiển theo hướng quay 
làm cường độ tín hiệu vệ tinh tăng lên ( I> 0). 
Tại vị trí chảo ăng-ten với cường độ tín hiệu vệ 
tinh đạt được cực đại sẽ được IMU ghi nhận là 
vị trí tham chiếu mới cho vòng lặp bám hướng 
vệ tinh của thuật toán. Qua kiểm nghiệm chạy 
thực tế, vị trí góc tham chiếu được lưu lại giữa 
các lần có sai số nhỏ (dưới 10°) do vậy với các 
thông số được thiết lập cho vòng lặp này, đảm 
bảo chảo ăng-ten luôn dò tìm vệ tinh với thời 
gian đáp ứng nhanh, duy trì tín hiệu liên tục. 
5.2. Thuật toán điều khiển hệ bám hướng vệ tinh 
Thuật toán này sử dụng tín hiệu đầu vào thu 
được từ cảm biến để tính toán độ sai lệch vị trí 
góc, đưa ra lệnh điều khiển động cơ trả vị trí chảo 
ăng-ten về vị trí tham chiếu chuẩn đã được nạp 
vào hệ thống. Khi vận hành trong điều kiện có sự 
thay đổi liên tục về vị trí của chảo thu so với vệ 
tinh, cảm biến gia tốc được sử dụng để thực hiện 
chức năng liên tục phân tích và ghi lại những 
thay đổi của ba góc là góc phương vị, góc ngẩng 
và góc nghiêng bao gồm cả giá trị, tốc độ thay 
đổi nhanh/chậm và chiều thay đổi. Thông 
thường, các góc này thay đổi với gia tốc, thời 
gian và biên độ rất khác nhau nên cần thông qua 
thuật toán xử lý PID để phản hồi thích hợp những 
thay đổi này. Mạch điều khiển dựa vào những sai 
lệch góc đo được từ cảm biến để điều khiển động 
cơ khử đi những sai lệch đó để đảm bảo tín hiệu 
thu được luôn nằm trong vùng hiệu dụng. 
5.3. Tự động chuẩn hóa góc tham chiếu theo 
thuật toán gradient bám hướng vệ tinh 
Cảm biến được sử dụng trong hệ thống là 
cảm biến tích hợp IMU gồm 3 khối cảm biến từ 
(đo phương vị), khối cảm biến gia tốc và khối 
cảm biến quán tính (đo góc ngẩng và góc 
nghiêng). Do nguyên lý hoạt động của cảm biến 
cũng như qua khảo sát thực tế thì cảm biến này 
thường có xảy ra sai số sau một thời gian sử 
dụng. Thời gian càng dài thì sai số sẽ càng lớn 
và thông thường, sẽ phải chuẩn hóa cảm biến 
định kỳ (calibration) để đảm bảo cảm biến hoạt 
động chính xác, đáp ứng độ tin cậy của các phép 
đo. Chính các sai số này của cảm biến dẫn đến 
sự sai lệch hướng của chảo ăng-ten so với hướng 
vệ tinh trong qúa trình bám hướng nếu hệ thống 
tin cậy hoàn toàn vào giá trị cảm biến để điều 
khiển bám hướng. Khảo sát thực tiễn trên cảm 
biến IMU được sử dụng trong hệ thống, sai số 
góc lớn nhất gặp phải với góc đo phương vị (do 
nhiễu loạn từ trường ảnh hưởng đến hoạt động 
của khối cảm biến từ) trong khi đó, với góc đo 
ngẩng và nghiêng thì giá trị này rât nhỏ (~ 0.2 
độ) sau một thời gian chạy thử. Do vậy, nếu hệ 
thống hoạt động trong thời gian dài và không có 
qui trình chuẩn hóa cảm biến thì trong thuật toán 
điều khiển bám hướng, với góc ngẩng và góc 
nghiêng thì hệ thống sẽ hoạt động tốt và bám 
chính xác hướngkhi điều khiển hoàn toàn dựa 
theo giá trị góc do cảm biến trả về. Riêng với góc 
phương vị, trong thuật toán điều khiển bám 
hướng, giải pháp tích hợp với thuật toán gradient 
để điều khiển, đảm bảo bám hướng chính xác kể 
cả trong trường hợp cảm biến gặp phải sai số với 
góc này. 
Cơ sở khoa học của thuật toán gradient có thể 
được giải thích đơn giản là khi chảo ăng-ten đang 
được điều khiển quay theo một chiều xác định 
(tăng hoặc giảm) từ góc sang góc + để 
H.A. Tam et al. / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 1-21 
18 
bám hướng vệ tinh thì chiều quay này sẽ là chiều 
quay đúng khi cường độ tín hiệu được ghi nhận 
bởi cảm biến đo cường độ sóng tăng lên 
𝐼(𝜑 + ∆𝜑) > 𝐼(𝜑). Mối liên hệ này có thể được 
biểu diễn dưới dạng hàm toán học: 
∆𝐼
∆𝜑
=
𝐼(𝜑 + ∆𝜑) − 𝐼(𝜑)
∆𝜑
> 0 
Khi bước quay nhỏ thì biểu thức trên có 
thể được viết lại dưới dạng gradient của cường 
độ sóng theo biến góc phương vị như sau: 
𝐼′(𝜑) =
𝑑𝐼(𝜑)
𝑑𝜑
= lim
∆𝜑→0
𝐼(𝜑 + ∆𝜑) − 𝐼(𝜑)
∆𝜑
> 0 
Có thể áp dụng một công thức gần đúng với 
đủ nhỏ trong điều kiện thực nghiệm: 
𝐼′(𝜑) =
𝑑𝐼(𝜑)
𝑑𝜑
= lim
∆𝜑→0
𝐼(𝜑 + ∆𝜑) − 𝐼(𝜑 − ∆𝜑)
2∆𝜑
> 0 
Cách tính này được gọi là gradient số 
(numerical gradient), trong đó, 𝐼(𝜑 +
∆𝜑)và 𝐼(𝜑 − ∆𝜑)dễ dàng có được bằng cách 
đọc trực tiếp giá trị từ cảm biến đo cường độ tín 
hiệu. Khi giá trị 𝐼′(𝜑) = 0 thì vị trí chảo ăng-ten 
đang hướng đúng theo vệ tinh, tại đó, cường độ 
tín hiệu thu nhận được từ vệ tinh đạt giá trị cực 
đại. Đây sẽ là góc phương vị tham chiếu mới 𝜑𝑜 
được lưu vào hệ thống. 
6. Kết quả thử nghiệm 
Qui trình thử nghiệm thiết bị được tiến hành 
theo 2 bước: 
Bước 1: Thử nghiệm trong phòng thí 
nghiệm, hệ thống được lắp ráp trên các cơ cấu 
chấp hành cơ khí giả chuyển động của sóng biển 
Bước 2: Thử nghiệm trong điều kiện dã 
ngoại, hệ thống được lắp ráp trên tầu biển và 
chạy thử nghiệm trên biển. 
6.1. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 
Để thực hiện được chạy thử trong phòng thí 
nghiệm với điều kiện giống như chạy thật, một 
hệ thống tạo dao động 4 bậc tự do 4DOF (4 
degrees of fredom) đã được thiết kế, gia công và 
chế tạo như được đưa ra trên Hình 17. 
Chương trình điều khiển cho hệ thống tạo 
dao động giống dao động của tầu thuyền được 
thực hiện trên cơ sở ghi nhận dạng dao động của 
tàu di chuyển theo thời gian trong các điều kiện 
khác nhau sử dụng hệ thống cảm biến đo góc để 
đo. Từ dữ liệu thu thập được, thuật toán sẽ được 
xây dựng để giả lập lại các dạng dao động này để 
nạp vào hệ dao động 4DOF đã được chế tạo. Các 
thông số được nạp cho hệ thống với dải hoạt 
động của góc phương vị 0-360o, dải hoạt động 
của góc ngẩng 15-80, dao động với tốc độ tối đa 
12/s và gia tốc khoảng 12/s2. Bước thử nghiệm 
trong phòng thí nghiệm này rất cần thiết, giúp 
cho tối ưu hoạt động hệ thống chảo ăng-ten khi 
chạy thử trong PTN giúp kịp thời xử lý, tiết kiệm 
thời gian, công sức và chi phí. 
Hình 17. Hệ 4DOF dùng để giả lập trạng thái 
trên tàu biển. 
H.A. Tam et al. / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 1-21 
19 
6.2. Thử nghiệm trên biển 
Hệ thống sau khi được chế tạo hoàn thiện đã 
được lắp đặt trên tàu du lịch trọng tải 45 tấn, dài 
19 m, rộng 4,5 m và chạy thử nghiệm nhiều lần, 
trong nhiều ngày liên tục vớinhiều điều kiện 
khác nhau trên vùng biển thị trấn Cát Bà – Hải 
Phòng (Hình 18). Kết quả chạy thử nghiệm trên 
03 hệ thống chảo thu ăng-ten cho tín hiệu truyền 
hình thu được đã đảm bảo độ ổn định, suy trì liên 
tục và được các chuyên gia trong tổ thẩm định 
đánh giá cao. 
Các thông số kỹ thuật đã thử nghiệm là: 
- Tín hiệu truyền hình vệ tinh VINASAT 2, 
băng tần Ku 
- Ăng ten: đường kính 24" 
- EIRP tối thiểu: 74dbW 
- Phạm vi hoạt động góc ngẩng: 15-80 (±0, 5) 
- Phạm vi hoạt động góc phương vị: 0 - 360 
(±0,25) 
- Tốc độ quay góc của ăng-ten : ~12/s. 
- Gia tốc độ quay góc của ăng-ten : ~ 12/s2. 
- Tốc độ của tầu: 30 km/h khi thời tiết bình 
thường, gió nhẹ cấp 3.
Hình 18. Nhóm thực hiện đề tài chạy thử nghiệm thiết bị trên vùng biển Cát Bà. 
H.A. Tam et al. / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 1-21 
20 
7. Kết luận 
Hệ thống trạm thu di động thông tin vệ tinh 
thế hệ thứ hai đã được nhóm nghiên cứu phát 
triển thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnhsử 
dụng các mô-đun cơ khí chế tạo tại Việt Nam, 
các cảm biến tích hợp, mô tơ và driver thương 
mại. Đặc biệt, nhóm nghiên cứu đã chủ động xây 
dựng các thuật toán và phần mềm điều khiển hợp 
lý, đáp ứng yêu cầu tự động dò tìm và bám hướng 
vệ tinh của chảo ăng-ten. Các cơ cấu chấp hành 
được thiết kế và gia công cơ khí đáp ứng độ 
chính xác cao sử dụng các vật liệu không từ, 
không bị oxy hóa vàtất cả các hệ thống bao gồm 
mạch điện tử, linh kiện được đóng gói để đảm 
bảo an toàn cho hệ thống khi được lắp ráp trên 
tầu biển, làm việc liên tục trong môi trường có 
độ mặn cao. 
Các thông số kỹ thuật chính của thiết bị đã 
chế tạo thành công được thể hiện trong bảng 1.
Bảng 1. Thông số kỹ thuật của trạm thu di động tín hiệu vệ tinh 
Nội dung Thông số 
Kích thước: 
 - Đường kính chảo ăng ten 
 - Kích thước tổng thể 
24’’ (610mm) 
720mm X 720mm X 785mm 
Khối lượng 18kg 
Điều kiện làm việc: 
 - Nhiệt độ 
 - Độ ẩm 
0oC – 55oC 
0% - 95% 
Điện áp 220VAC/50Hz 
Điện năng tiêu thụ 30W-50W 
Đáp ứng của hệ thống 
 - Dải tần 
 - EIRP tối thiểu 
 - Phạm vi hoạt động góc phương vị 
 - Phạm vi hoạt động góc ngẩng 
 - Tốc độ quay góc của ăng-ten 
 - Gia tốc độ quay góc của ăng-ten 
Ku (12GHz – 18GHz) 
74dbW 
0 - 360 (±0,25) 
15-80 (±0, 5) 
~12/s 
~ 12/s2 
Thiết bị được sản xuất trong nước có giá 
thành thấp hơn so với hệ thống nhập khẩu, cùng 
với việc làm chủ công nghệ lõi hứa hẹn khả năng 
hợp tác chuyển giao công nghệ sản xuất cho các 
cơ sở doanh nghiệp trong nước với chi phí thấp 
hơn để đáp ứng nhu cầu to lớn của thị trường 
đóng tầu trong nước trong giai đoạn hiện nay. 
Lời cảm ơn 
Công trình này là sản phẩm của đề tài 
KH&CN cấp ĐHQGHN mã số QG. 16. 89. 
Tài liệu tham khảo 
[1] B. Schneiderman, Executive Roundtable on 
Maritime and Energy Markets, Satellite Executive 
Briefing 11 (8) (2018) 9. 
[2] L.M. Bradbury, D. Diaconu, S. Molgat Laurin, 
A.M. Beattie, C. Ma, I.S. Spydevold, H.C. Haugli, 
R.E. Zee, J. Harr, F. Udnæs, NorSat-2: Enabling 
advanced maritime communication with VDES, 
Acta Astronautica 156 (2019) 44-50. 
[3] Y.J. Song, P.S. Kim, D.G. Oh, et al., Development 
of mobile broadband interactive satellite access 
system for Ku/Ka band, International journal of 
satellite communications and networking 24 
(2007) 101-117. 
H.A. Tam et al. / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 1-21 
21 
[4] Y.J. Song, M.S. Shin, B.H. Kim, et al, 
Development of mobile broadband satellite access 
system for Ka/Ku-band satellite communications, 
Ieice transactions on communications, e87b (2004) 
2152-2161. 
[5] S. Pekowsky, G Pousset, Y. Levy, MobileTV 
Receiver Technology with special emphasis on 
DVB-SH, international journal of satellite 
communications and networking, 27 (2009) 275-293. 
[6] 
_antennas. 
[7] Nguyễn Hữu Đức, Bùi Đình Tú, Nguyễn Thị Ngọc, 
Đồng Quốc Việt, Đỗ Thị Hương Giang, Trạm thu 
di động thông tin vệ tinh dựa trên sensơ từ trường 
độ nhạy cao ứng dụng trên tàu biển, Tuyển tập Hội 
thảo khoa học Công nghệ vũ trụ và ứng dụng, Hà 
Nội, 2014. 
[8] M. Geissler, F. Woetzel, M.Böttcher, S. Korthoff, 
A.Lauer, M.Eube, R. Gieron, Roman, Innovative 
phased array antenna for maritime satellite 
communications, EuCAP 2009. 3rd European 
Conference on Antennas and Propagation (2009) 
735-739. 
[9] 
communications-system 
[10] https://www.digisat.org/maritime-satcom-vsat 
[11] https://paracomm.co.uk/ 
[12] https://www.intelliantech.com/?lang=en. 
[13] Nguyễn Hữu Đức, Báo cáo tổng kết đề tài đề tài 
“Thiết kế và chế tạo trạm thu di động thông tin vệ 
tinh dựa trên sensơ từ trường độ nhạy cao ứng dụng 
trên tàu biển”, Chương trình KH&CN quốc gia về 
Công nghệ vũ trụ giai đoạn 2013-2015, Hà Nội, 
2016.